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Artenvielfalt

Gemeinsamkeit macht stark

  

Die gleichförmigsten Weiden sind auch die ärmsten - diese Hypothese, die im Gegensatz zu der steigenden Tendenz zu Monokulturen steht, wurde nun bestätigt - dank der sorgfältigen Arbeit eines breiten Netzes europäischer Forscher, die die Auswirkungen der Artenvielfalt und die Folgen ihrer Verkümmerung in allen Breitengraden und Klimaverhältnissen des Kontinents beobachtet, gemessen und verglichen haben.

    
  

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Vor dem Wiegen wird geerntet

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Ein Weg, die Insektengemeinschaften zu kontrollieren

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Produktivitätsmessung

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Messung der Zersetzung verwelkter Blätter

Wenn ein Stück Land mit einer einzigen Grasart und ein vergleichbares Stück mit verschiedenen Arten besät wird, erzielt man im zweiten Fall eine größere Zahl von Pflanzen und ein höheres Gewicht der Gräser", wußte schon Charles Darwin. Die Entwicklung der Agronomie hin zu industriellen Monokulturen mit der Garantie einer gesteigerten Produktivität schien diese Feststellung zu entkräften. "Trotz der Ergebnisse, die mit den Techniken der modernen Landwirtschaft erreicht werden, hatten wir dennoch das Gefühl, daß die Artenvielfalt sich auf die Gesamtheit der Ressourcen des Ökosystems auswirkt und dieses vereinfachte Agrarmodell einfach nicht der Realität entsprach. Diese Überzeugung war allerdings noch nie bestätigt worden. Wir wollten nachprüfen, ob die Arten in einer reichen Pflanzenkultur spontan bestimmte Nischen besetzen und einen anderen Gebrauch von Ressourcen machen, was der Gesamtheit in Wirklichkeit erlaubt, mehr zu produzieren als eine Monokultur", erklärt John Lawton des NERC Centre for Population Biology (CPB) des Imperial College of Science, Technology and Medicine, Koordinator des Projekts Biodepth und Direktor des britischen National Environmental Research Council (NERC).

Winzige Wiesen unter der Lupe
An diesem großangelegten Vorhaben, dessen Anfang November in der amerikanischen Wochenzeitschrift Science veröffentlichte Ergebnisse eine Weltpremiere darstellen, haben ungefähr fünfzig Forscher von 11 Universitäten acht europäischer Länder mitgewirkt. Ihr Studienobjekt waren 480 Parzellen von jeweils 4 m2 Wiese, verstreut über zwei große diagonale Achsen des Kontinents, von Nordwesten bis Südosten (Irland, Vereinigtes Königreich, Deutschland, Schweiz, Griechenland) und von Nordosten bis Südwesten (Schweden, Portugal), so daß unterschiedliche Klimabedingungen und Breitengrade berücksichtigt werden konnten.

"Der Erfolg von Biodepth beruht zu einem Großteil auf der sehr weitreichenden Zusammenarbeit und dem Teamgeist der Partner, sowie auf den ausgesprochen vielfältigen Kenntnissen und technischen Kompetenzen, die sie eingebracht haben. Sie alle, erfahrene Professoren ebenso wie junge Forscher, haben entscheidend zu diesem europäischen Projekt beigetragen, das im übrigen zu einem umfassenden Austausch von Wissen und Verständnis - auf wissenschaftlicher und kultureller Ebene - geführt hat", betont Philip Heads, verantwortlich für die administrative Koordination des Projekts.

Drei Jahre lang (1996-1998) haben die Teams die Auswirkungen der Biodiversität - und ihres Fehlens - beobachtet, gemessen und analysiert. Eine Arbeit, die größte Sorgfalt erfordert. Jedes Stück Land wird zunächst sterilisiert - jede Pflanze muß entfernt werden, damit die Reinheit des Experiments gewährleistet ist. Anschließend wird jede Parzelle besät, entweder mit einer einzigen Art oder einer Kombination von mehreren. Die Mischung wird einheitlich verteilt, wobei darauf geachtet wird, daß die Saatdichte auf dem gesamten Boden gleich ist. An jeder Stelle werden lokale Pflanzen angebaut, deren Samen im Vorjahr geerntet wurden. Ihre Kombination wird systematisch nach zwei Kriterien für Biodiversität ausgewählt: die Anzahl der Arten, aber auch die Anzahl der funktionellen Gruppen, zu denen sie gehören - Hülsenfrüchte, Gräser oder Kräuter.(1)

Von der Keimung bis zur Zersetzung
Das CPB zum Beispiel untersuchte 66 Parzellen, die sehr unterschiedlich besät worden waren (manche von ihnen enthielten verschiedene Arten, andere waren Monokultur vorbehalten). Um Zufallsergebnisse auszuschließen, wurde jede Kombination zweimal wiederholt, mit Vergleichen gegenüber unbehandelten Testböden. An jeder Stelle wurde die gleiche Methode angewandt. Mit einer maximalen Biodiversität von 32 Arten in einer Parzelle haben die Forscher 200 verschiedene Artenkombinationen benutzt. Dieses wissenschaftliche Experiment - weltweit das bisher größte seiner Art - geht nach einem wirklich kontinentalen geografischen Ansatz vor, was sein besonderes Interesse erklärt.

Die Parzellen sind während der gesamten Versuchsdauer immer wieder gründlich gejätet worden: Nur die ursprünglich gesäten Arten durften bleiben. Der gesamte Prozeß, von der Keimung bis zur Zersetzung, wurde sorgfältig untersucht: Die Forscher haben die Produktivität gemessen, die reifen Pflanzen gewogen, Bodenproben entnommen, die Insekten (die, wie andere Tiere, von den Pflanzen abhängen, und umgekehrt) erfaßt und die Zersetzung der Pflanzen und verwelkten Blätter ebenso analysiert wie den Grad der Feuchtigkeit und Wasserretention im Boden.

Von der Zucht zur Landwirtschaft

Die von den Biodepth-Forschern nachgewiesene Überlegenheit diversifizierter Wiesen ist für die Bewirtschaftung von Europas rund 60 Millionen Hektar Grasland - d.h. die Hälfte der Anbauflächen - bestimmt von Bedeutung. "Die Ergebnisse unserer Untersuchung könnten direkt auf die Viehfuttererzeugung angewandt werden", meint John Lawton. Aber wie sieht es bei den Ackerböden aus? Die technischen Zwänge dieses Sektors folgen der Logik einer wirtschaftlichen Produktion, und aus Gründen der Bewirtschaftung und Mechanisierung wird auf einem einzigen Feld nur eine einzige Art kultiviert. "Die modernen Praktiken der intensiven Landwirtschaft haben die Artenvielfalt beeinträchtigt und andere Probleme wie Verschmutzung und Eutrophierung verursacht. Unsere Ergebnisse zeigen jedoch, daß eine vernünftige Bewirtschaftung, bei der Anzahl und Typ der benutzten Arten berücksichtigt werden, im Hinblick auf die Agrarproduktion ebenfalls eine positive Rolle spielen kann. Daran sollte man denken, wenn es darum geht, diese Schäden durch die Reduzierung von Düngemitteln und Pestiziden zu begrenzen", fügt Andy Hector vom CPB des Imperial College von Ascot (UK) hinzu, Hauptverfasser des in Science erschienenen Artikels.
Die Artenvielfalt ist letztlich ein wesentlicher Faktor in der komplexen Ernährungskette. "Biodepth hat mehr getan, als lediglich das Interesse einer nicht-intensiven Landwirtschaft für die Umwelt nachzuweisen. Unsere eigene Energie hängt von der Produktivität der Pflanzen ab, und wir sind dabei, die Lebensenergie zu verringern, auf der die Nahrungskette beruht", betont Michel Loreau.

Artenvielfalt = Produktivität
Was die Produktivität betrifft, sind die Versuche überzeugend. Nach den Schätzungen der Forscher sinkt sie jedesmal, wenn die Anzahl von Arten um die Hälfte reduziert wird, durchschnittlich um 80 Gramm pro Quadratmeter. Wenn eine der funktionellen Gruppen fehlt, gehen pro Quadratmeter 100 Gramm verloren. "Wir haben gezeigt, daß eine artenreichere Kultur ohne Düngerzusatz eine höhere Produktivität hat. Ganz zweifellos wird der Stickstoff von den Pflanzen besser aufgenommen. Es gibt also weniger Nitrat im Wasser, was sich wiederum positiv auf die menschliche Gesundheit auswirkt", kommentiert Professor Lawton.

Die Vorteile der Biodiversität gehen jedoch weit über den quantitativen Aspekt hinaus. Wenn sie verkümmert oder schwindet, hat das ganze Ökosystem darunter zu leiden. Widerstandsfähigkeit und Gesundheit der Pflanzen verschlechtern sich. Die Insekten werden weniger (Anzahl und Arten). Das Aufkommen wirbelloser Tiere veränder sich - und diese Veränderungen haben negative Folgen für die Chemie der Böden und die Wiederverwertung der mineralischen Elemente. Diese Auswirkungen haben die Forscher an allen Versuchsorten festgestellt, trotz der Unterschiede im Hinblick auf Klima, Bodentypen und Pflanzenarten.

Komplementaritäten
Das Projekt Biodepth hat auch einen Eindruck davon vermittelt, wie wichtig der Begriff komplementäre Nischen in Verbindung mit einer diversifizierten Kultur sein kann. Die Arten besetzen bestimmte Nischen und nutzen die Ressourcen auf unterschiedliche Weise. Manche Pflanzen holen sich ihre Nährstoffe ziemlich tief im Boden, andere bleiben näher an der Oberfläche. Zusammen nehmen sie also insgesamt mehr Nährstoffe - wie Stickstoff oder Phosphor - auf als einzeln in Monokultur. Diese einleuchtende Idee erklärt die Bedeutung der Artenvielfalt für die Nahrungskette und das Interesse dieses Konzepts für eventuelle Anwendungen in der Landwirtschaft. Die Komplementarität ist das indirekte Ergebnis des Artenwettbewerbs.

"Stellen Sie sich zwei Fußballmannschaften vor. Die erste - A - besteht aus elf Personen, die alle in der Lage sind, auf verschiedenen Posten zu spielen, während ihre Gegner - B - gewöhnlich immer auf dem gleichen Posten spielen. Wie wird das Spiel wohl verlaufen? Die Mannschaft A mit ihren vielfältigen Talenten, mit Sportlern, die verschiedene Taktiken beherrschen, wird gewinnen. Allerdings sind diese Komplementaritätsmechanismen beim Fußball einfacher nachzuweisen als bei Pflanzen", erklärt Asher Minns, zuständig für die wissenschaftliche Kommunikation des CPB.

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Versuchsparzelle in Silwood Park (UK) - Die entscheidende Rolle der Artenvielfalt nachweisen.

Interaktionen
Es gibt jedoch neben dieser Komplementarität, die die erzielten quantitativen Ergebnisse erklärt, noch andere Hypothesen im Hinblick auf die günstigen Auswirkungen des Zusammenlebens verschiedener Pflanzenarten. Das Konzept der positiven Interaktionen beruht beispielsweise auf der Idee, daß eine Art eine andere, von ihr verschiedene nach sich ziehen und somit selbst ein Faktor der Biodiversität sein kann. In extremen Situationen - wie Trockenheit - kann eine Pflanze den Schatten spenden, der das Wachstum einer neuen Pflanze begünstigt. Außerdem sind noch andere Formen sehr spezifischer Interaktionen vorstellbar.

"Es kann aber durchaus sein, daß die positiven Auswirkungen, die im Projekt Biodepth nachgewiesen wurden, nur die Spitze des Eisbergs darstellen", meint Michel Loreau, Professor für Ökologie an der Université Pierre et Marie Curie (Paris VI), der für die Entwicklung der im Rahmen von Biodepth eingesetzten Theorien und mathematischen Modelle zuständig ist. "Wir wollen ähnliche Experimente fortsetzen und diesmal die Wirkung der Artenvielfalt in einer Umgebung untersuchen, die sich im Laufe der Zeit verändert. Indem wir sie verschiedenen Störungen - Trockenheit, Frost, Feuer, erhöhte Stickstoffzufuhr usw. - aussetzen, wollen wir beweisen, wie wichtig die Biodiversität unter diesen Bedingungen ist, und auch, welch bedeutsame Rolle sie beispielsweise bei Klima- oder Umweltveränderungen spielen könnte."

So werden die europäischen Forscher künstliche Heiß- und Kaltluft über die Parzellen blasen und ihr Wissen über komplementäre Nischen und Interaktionen zwischen Arten vertiefen, um den verschiedenen Aspekten der Artenvielfalt auf die Spur zu kommen. Ihre Arbeiten werden zweifellos bestätigen, daß die Artenvielfalt entscheidend zur Anpassungsfähigkeit der Biosphäre beiträgt.

(1) Im Gegensatz zu Gräsern oder Kräutern binden Hülsenfrüchte den Luftstickstoff.

Artenvielfalt und Biodepth online

Die Anzahl der auf unserer Welt lebenden Arten wird auf 5 bis 50 Millionen geschätzt. Aber bisher sind erst rund 1,5 Millionen erfaßt worden, darunter 360 000 Pflanzen und Mikroorganismen. Jeden Tag verschwinden 50 bis 300 Pflanzen- und Tierarten. Auch wenn diese Zahlen ungenau bleiben, steigt unter Wissenschaftlern und in der Öffentlichkeit die Besorgnis über die zunehmende Verarmung unserer biologischen Umwelt.
Die Forscher des Projekts Biodepth haben zu diesem Thema eine sehr benutzerfreundliche und informative Website eingerichtet. Dort erfährt man beispielsweise, was der 1985 von Walter G. Rosen geschaffene Begriff Artenvielfalt oder Biodiversität genau beinhaltet. Sehr viel mehr jedenfalls als eine quantitative Größe. Das Konzept beruht auf drei Grundpfeilern, nämlich der spezifischen und der genetischen Vielfalt (die der Arten bzw. die der Gene innerhalb einer Art) sowie der ökologischen Vielfalt, und umfaßt auch die Interaktionen zwischen diesen drei Ebenen. Die Bedeutung der Biodiversität bei der Steuerung der Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Wasserzyklen und ihre entscheidende Anpassungs- und Ausgleichsfunktion bei Störungen (Naturkatastrophen, erhebliche Klimaänderungen usw.) wird besser verständlich. Hier finden sich auch viele Informationen über Biodepth, die wissenschaftlichen Grundlagen und die Ergebnisse dieses Projekts, das ein besonders schönes Beispiel für den Mehrwert europäischer Forschung darstellt.


http://forest.bio.ic.ac.uk/cpb/cpb/biodepth/contents.html

Kontakt

Phil Heads
Centre for Population Biology -
Imperial College at Silwood Park, Ascot (UK)
Fax: +44-1344-873173
p.heads@ic.ac.uk
http://forest.bio.ic.ac.uk/cpb/cpb/biodepth/contents.html

     
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